上海公交使用混合動力客車的思考與對策

顧德昌　文

上海公交使用混合動力客車的思考與對策

顧德昌文

新的混合動力技術(shù)要以整車為平臺，集成各核心零部件為系統(tǒng)，依靠先進(jìn)的電控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)、轉(zhuǎn)向、冷卻、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的有效合理控制。

Abstract

A Brief of the Application and Usage of Hybrid-power Bus in City Public Transport

This article provided an analysis of practical application of hybrid-power public buses in Shanghai, and strucutre features, operating module and advantage of hybrid-power bus as well, introducing in detail the application characteristics of hybridpower system under current public bus operating condition. Based on comparative analysis of practical application and operation, the article summarized two outstanding features of hybrid-power public bus—fuel-saving and environmnet-friend, which marked a possible development trend of hybrid-power bus technology.

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)以及排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車的趨勢越來越明顯，電動客車逐漸成為未來城市公交車的主流車型。目前電動客車有純電動、混合動力和燃料電池3種類型。其中，混合動力客車又分為增程型（串聯(lián)式）插電混合動力、并聯(lián)式插電混合動力和混聯(lián)式插電混合動力。

本文主要分析了上海公交混合動力公交客車的應(yīng)用現(xiàn)狀以及混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作模式和主要優(yōu)點(diǎn)，目的是對公交工況下混合動力系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析。在城市工況下，通過實(shí)際應(yīng)用分析和對比，驗(yàn)證混合動力公交車的節(jié)油與環(huán)保的特點(diǎn)，得出今后適合城市公交系統(tǒng)發(fā)展使用的技術(shù)方向。

顧德昌

上海巴士第三公共交通有限公司副總經(jīng)理

上海巴士三公司混合動力車輛的使用情況

從2014年開始，上海巴士三公司批量投放混合動力公交車共261輛，其中增程式混合動力（串聯(lián)）80輛，并聯(lián)混合動力181輛，占公司車輛總數(shù)的12.5%，累計(jì)行駛里程2 400萬km，油耗29.56 L/km，平均降耗率在23%左右。

1.能耗

串聯(lián)與并聯(lián)式混合動力，按照能量轉(zhuǎn)換損失來看，串聯(lián)要比并聯(lián)能耗高；但在城市工況下，由于道路擁堵，啟停次數(shù)多，所以在實(shí)際應(yīng)用中，春秋兩季增程式全年平均油耗較并聯(lián)式混合動力油耗低1.6%，但高溫和低溫季節(jié)要高出2%左右。主要原因是：目前的并聯(lián)模式?jīng)]有開啟發(fā)動機(jī)自動啟停功能，但在夏冬季并聯(lián)式發(fā)動機(jī)在怠速狀態(tài)下正好可以帶動空調(diào)；而且增程式在電動空調(diào)開啟后，增程器工作時間延長，特別是停車時，能耗大幅上升。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，增程式全年平均油耗較并聯(lián)式混合動力油耗高1.7%。

因此，我們認(rèn)為現(xiàn)有的增程式混合動力電管理策略有待于進(jìn)一步優(yōu)化，APU單位能量的發(fā)電效率也是一個技術(shù)瓶頸。

2.可靠性

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，純電動車故障率最低，增程式其次，并聯(lián)式最高。導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因在于變速器換擋故障和控制干擾；而且隨著使用時間的延長，其故障率必然高過柴油車。增程式由于比純電動增加了APU及逆變器，因此故障率相對于純電動而言要高。

從實(shí)際應(yīng)用感受看，增程式和并聯(lián)式2種混合動力公交車都能滿足城市公交工況下的使用需求，但仍需要進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整，CAN抗干擾功能要在開發(fā)時著重考慮。

3.安全性

從實(shí)際使用來看，動力電池的安全性一直是純電動公交車的安全瓶頸，城市公交車的另一危險(xiǎn)源為發(fā)動機(jī)。因此純電動車的安全性顧慮最高，增程式次之，并聯(lián)式最低。在實(shí)際使用中也發(fā)生過電池安全性事故。

4.購置成本和復(fù)雜程度

串聯(lián)式和純電動、柴油車一樣只有1套驅(qū)動系統(tǒng)，而并聯(lián)式和混聯(lián)式有2套驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動部件、電控單元少，控制策略相對簡單，宜實(shí)現(xiàn)?；炻?lián)式對控制要求最高，因此技術(shù)上尚未完全成熟，需要進(jìn)一步市場驗(yàn)證。從車輛購置成本看，電動車最高、混聯(lián)式次之，然后依次是串聯(lián)式和并聯(lián)式，影響購車成本的主要因素還是搭載的動力電池容量的大小。

混合動力與純電動客車發(fā)展分析

當(dāng)前國內(nèi)新能源汽車進(jìn)入快速發(fā)展期，但充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對于車輛發(fā)展而言仍十分滯后。雖然國家最新出臺了充電設(shè)施的補(bǔ)貼政策，但是具體到實(shí)施還有一個過程。而插電式混合動力可以不受充電設(shè)施的限制。在無法充電的時候，只要有加油站就可以一直行駛下去，行駛里程不受充電條件的制約，具有燃油車的優(yōu)勢。

受動力電池的限制，目前純電動客車在極端工況下一次充電行駛還很難達(dá)到250 km以上，而且隨著電池的衰退，續(xù)駛里程還要下降。目前相當(dāng)一部分城市公交線路尤其是市通郊線路運(yùn)行超過250 km/天，停車場站可建設(shè)充電樁的能力不足以支持城市公交電動化的發(fā)展。解決城市環(huán)境問題、機(jī)動車尾氣排放，混合動力也是一條不可替代的技術(shù)解決路線。由于各地政府對新能源客車要求和政策支持力度有所差異，因此，混合動力或純電動公交客車應(yīng)根據(jù)技術(shù)的發(fā)展和成熟度，由市場去選擇，政府則在政策上進(jìn)行引導(dǎo)鼓勵。

適合城市公交的混合動力技術(shù)路線和要求

1.城市公交車對續(xù)駛里程的要求

目前國家補(bǔ)貼要求插電式混合動力及增程式在純電模式下續(xù)駛里程應(yīng)達(dá)到50 km，在實(shí)際應(yīng)用中，為延長動力電池使用壽命，SOC使用區(qū)間最多只有50%，甚至只有10%。城市公交車每天平均營運(yùn)200 km，利用外接電源充電可獲得的續(xù)駛里程最多只占25%，其余需要從發(fā)動機(jī)獲取動力。

表1　2015年混合動力客車與柴油車油耗數(shù)據(jù)對比線路　混合動力油耗/L　12 m柴油車油耗/L　降耗率/% 909R　28.87增程　34.62　16.6 94R　30.36并聯(lián)　37.43　19 561R　27.96并聯(lián)　38.95　28 923R　28.41并聯(lián)　39.76　38平均　28.9　37.6　23.1表2　2015年同線路不同車型油耗對比線路　混合動力油耗　12 m柴油車油耗/L　降耗率/% 808R　31.14并聯(lián)　41.67（AT）　25 121R　28.94增程　35.68　19 76R　30.89增程　37.47（AMT）　18 91R　28.52增程　39.75　28平均　29.8　38.6　22.8表3　2015年各車型故障率統(tǒng)計(jì)增程式　并聯(lián)式　純電動　柴油車小修頻率/萬km　2.26　3.48　1.34　6.06拋錨率/萬km　0.13　0.35　0.05　0.3

2.燃油補(bǔ)貼對城市公交選型的影響

目前城市公交享受國家、上海市二級政府補(bǔ)貼，平均燃油使用成本低于3.5元/L，按照目前柴油發(fā)電機(jī)組的效率（3.8 kWh/L左右）換算，可換算為0.92 元/kWh；而按照舊的電價結(jié)算機(jī)制，直流端每度電超過1元。目前城市混合動力公交車基本以燃油驅(qū)動，采用外接輔助電源在經(jīng)濟(jì)上沒有優(yōu)勢。

3.并聯(lián)式混合動力的優(yōu)缺點(diǎn)

并聯(lián)式混合動力公交車在很大程度上更接近傳統(tǒng)公交車，在推廣初期具有更大優(yōu)勢，但筆者認(rèn)為混合動力汽車目前仍在以傳統(tǒng)能源作為主要驅(qū)動力，電力只是作為輔助，主要起能量回收作用。目前著力點(diǎn)在于如何提升混合動力汽車的電力驅(qū)動比例。但受限于國家新補(bǔ)貼政策，并聯(lián)式混合動力將面臨挑戰(zhàn)。

4.串聯(lián)式混合動力的優(yōu)缺點(diǎn)

串聯(lián)式混合動力公交車驅(qū)動形式上與純電動一致，控制策略較簡單，技術(shù)較成熟，是目前城市公交車的主要方向。但由于柴油機(jī)的燃油消耗率已到極限（且工作在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速），選配多大的柴油發(fā)電機(jī)組及工作時長應(yīng)根據(jù)城市路況和季節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步降低燃油消耗率。同時，如何提高轉(zhuǎn)換效能也是一大問題，建議采用APU直供電機(jī)的技術(shù)。此外，串聯(lián)式混合動力還需解決電池跳變問題。

5.混聯(lián)式混合動力的優(yōu)缺點(diǎn)

混聯(lián)式混合動力應(yīng)該是結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)勢，但在早期的產(chǎn)品中由于其控制策略復(fù)雜、受限于不同線路的路況，系統(tǒng)自適應(yīng)差，并沒有做到較高的降耗率，系統(tǒng)單元多故障率也隨之增加，嚴(yán)重影響了公交營運(yùn)。但隨著制造技術(shù)和工藝的提高，混聯(lián)式混合動力將會取代其他形式的混合動力。

城市公共交通向綠色、安全、環(huán)保、便捷、智能方向發(fā)展，離不開混合動力客車技術(shù)的發(fā)展。新的混合動力技術(shù)要以整車為平臺，集成各核心零部件為系統(tǒng)，依靠先進(jìn)的電控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)、轉(zhuǎn)向、冷卻、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的有效合理控制。運(yùn)用可靠的通信技術(shù)，完美融合發(fā)動機(jī)啟停、動力管理、整車CAN通信控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，盡最大程度地挖掘出混合動力的高效性。